[發(fā)明專利]一種以鋁作為陰極的鋁電解方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201610273073.7 | 申請日： | 2016-04-27 |
| 公開（公告）號： | CN105780053B | 公開（公告）日： | 2018-08-17 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 賀永東;孫郅程 | 申請（專利權(quán)）人： | 新疆大學(xué) |
| 主分類號： | C25C3/08 | 分類號： | C25C3/08;C25C3/06 |
| 代理公司： | 中國有色金屬工業(yè)專利中心 11028 | 代理人： | 李迎春;李子健 |
| 地址： | 830046 新疆維吾*** | 國省代碼： | 新疆;65 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 作為 陰極 電解 方法 | ||
一種以鋁作為陰極的鋁電解方法，涉及熔鹽法生產(chǎn)鋁電解方法的改進。其特征在于其電解過程是采用電解槽底部的鋁液作為陰極進行鋁電解的；其電解槽底部的鋁液與陰極母線接觸形成鋁電解的陰極。本發(fā)明的一種以鋁作為陰極的鋁電解方法，鋁電解槽可采用常規(guī)陽極系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、粉塵凈化系統(tǒng)，本發(fā)明的方法以無陰極炭塊?無鋼棒?無硼化鈦涂層的鋁液作為陰極，代替鋼棒?炭塊組陰極，消除了傳統(tǒng)鋁電解槽存在的陰極炭塊上的氧化鋁沉淀和蜂窩狀微電池缺陷，在電解生產(chǎn)過程中，不存在爐底沉淀生成的氧化鋁、碳化鋁對電解鋁液污染的問題。
技術(shù)領(lǐng)域
一種以鋁作為陰極的鋁電解方法，涉及熔鹽法生產(chǎn)鋁電解方法的改進。
背景技術(shù)
目前，常規(guī)電解鋁生產(chǎn)是以冰晶石一氧化鋁熔體為電解質(zhì)，以碳為陽極，以液體鋁、陰極炭塊、陰極鋼棒組成的陰極體系為陰極，通直流電流，在陽極析出CO2氣體，在陰極析出液體鋁，傳統(tǒng)鋁電解槽示意圖見圖1。按照目前的技術(shù)，生產(chǎn)1t金屬鋁約須消耗綜合交流電度15000kw·h左右，在鋁電解930-960℃的工藝條件下，鋁電解的能量利用效率不足36％(陽極碳素材料消耗折合電耗3000kw·h)。傳統(tǒng)鋁電解槽電流由陽極流經(jīng)電解液、鋁液，從陰極流出。陽極壓降、極間電阻壓降(包括電解液、鋁液)、陰極壓降高是造成鋁電解能量利用效率低的主要原因。在鋁電解槽電阻壓降中，陰極壓降約占電阻壓降的20％，鋁電解槽的陰極由槽內(nèi)鋁液層和陰極炭塊組組成，陰極壓降由槽內(nèi)鋁液層壓降、鋁碳接觸壓降、炭塊壓降、碳鋼接觸壓降、鋼棒壓降等部分組成。在電解槽投入使用的初期(投產(chǎn)一年左右)，陰極壓降隨電解槽使用時間的延長，有逐漸降低的趨勢(隨陰極炭塊石墨化程度提高而降低)。投產(chǎn)2-3年的電解槽，陰極壓降保持相對穩(wěn)定。以后，隨著電解槽使用時間的延長，陰極壓降有逐漸升高的趨勢。傳統(tǒng)鋁電解槽陰極炭塊組的炭塊與導(dǎo)電鋼棒之間會產(chǎn)生碳-鋼接觸壓降。炭塊電壓降、碳-鋼接觸壓降隨槽齡增加而先降后升。電解鋁液與炭塊之間的接觸界面電壓降受爐底結(jié)殼狀態(tài)影響有較大的波動。以某型鋁電解槽為例，在爐底無結(jié)殼的情況下，電解鋁液與炭塊之間的接觸界面電壓降2d在20-28mv之間，炭塊電壓降2e為102mv，新槽期間的碳-鋼接觸壓降2b為69mv，鋼棒壓降為186mv。新槽期間的鋼棒電壓降約占爐底電壓降的48.8％，傳統(tǒng)鋁電解槽陰極炭塊組示意圖見圖2。特別是，陰極炭塊組中的碳-鋼接觸壓降隨著槽齡的增加而增大，究其原因是由于：電解槽在使用過程中，槽內(nèi)電解液通過陰極炭塊向底部滲透，滲透出的電解液在碳-鋼接觸部位冷卻，形成不導(dǎo)電的固體電解質(zhì)層，使碳-鋼接觸壓降急劇上升，傳統(tǒng)鋁電解槽陰極鋼棒與炭塊之間的固體絕緣電解質(zhì)層示意圖見圖3。在傳統(tǒng)電解槽陰極炭塊上，易于形成氧化鋁沉淀，傳統(tǒng)鋁電解槽炭塊陰極上形成的蜂窩狀沉淀，陰極炭塊上形成的氧化鋁沉淀，受電解槽冷熱狀態(tài)影響而發(fā)生變化，沉淀可以是糊狀、板殼狀或者蜂窩狀，糊狀、板殼狀沉淀可以使槽電壓升高400mv-900mv，蜂窩狀沉淀不僅使陰極爐底壓降增加，還能形成以鋁為陽極、以陰極炭塊為陰極的微電池，在微電池的陽極上生成氧化鋁、在陰極上生成碳化鋁，炭塊陰極上生成的氧化鋁沉淀，增大電解鋁電耗、降低鋁電解電流效率，所生成的氧化鋁、碳化鋁造成電解鋁液污染，傳統(tǒng)鋁電解槽炭陰極上形成的蜂窩狀沉淀示意圖見圖4。
綜上所述，由鋁液和陰極炭塊組組成陰極的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鋁電解槽，陰極鋼棒電壓降約占爐底壓降的49％，極大地增加了鋁電解的電耗；在電解槽使用過程中，滲透出的電解液在碳-鋼接觸部位形成不導(dǎo)電的固體電解質(zhì)層2g，使碳-鋼接觸壓降急劇上升，增大鋁電解電耗；在陰極炭塊上形成的氧化鋁沉淀，不僅使陰極爐底壓降增加，還能形成以鋁為陽極、以陰極炭塊為陰極的微電池，生成的氧化鋁、碳化鋁，增大電解鋁電耗、降低鋁電解電流效率，同時造成電解鋁液污染。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種能有效消除鋁-碳接觸壓降、炭塊電阻壓降、碳-鋼接觸壓降、鋼棒電阻壓降，降低鋁電解電耗，提高鋁電解電流效率的以鋁作為陰極的鋁電解方法。
本發(fā)明的目的過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種以鋁作為陰極的鋁電解方法，其特征在于其電解過程是采用電解槽底部的鋁液作為陰極進行鋁電解的。
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